محققان موسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی (MPQ) با موفقیت تکنیک جدیدی را برای رمزگشایی خواص نور و ماده ایجاد کرده اند که می تواند به طور همزمان بسیاری از مواد با گزینش پذیری شیمیایی بالا را شناسایی و به طور دقیق کمی کند. تکنیک آنها اتم‌ها و مولکول‌های ناحیه طیفی فرابنفش را در سطوح نور بسیار کم کاوش می‌کند. چشم انداز هیجان انگیز انجام آزمایش ها در شرایط کم نور راه را برای کاربردهای جدید تشخیص سطح فوتون، مانند طیف سنجی دقیق تک اتم ها یا مولکول ها برای آزمایش های اساسی فیزیک و فتوشیمی فرابنفش در جو زمین یا از تلسکوپ های فضایی هموار می کند. این اثر امروز در مجله علمی منتشر شده است طبیعت.
طیف‌سنجی فرابنفش نقش مهمی در مطالعه انتقال‌های الکترونیکی در اتم‌ها و انتقال‌های روویبرونیک در مولکول‌ها دارد. این مطالعات برای آزمایش‌های فیزیک بنیادی، نظریه الکترودینامیک کوانتومی، تعیین ثابت‌های بنیادی، اندازه‌گیری‌های دقیق، ساعت‌های نوری، طیف‌سنجی با وضوح بالا در حمایت از شیمی جو و اخترفیزیک، و فیزیک میدان قوی ضروری هستند. دانشمندان گروه Nathalie Picqué در موسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی با به کارگیری موفقیت آمیز طیف سنجی جذب خطی دو شانه با وضوح بالا در محدوده طیفی فرابنفش، جهش قابل توجهی در زمینه طیف سنجی فرابنفش داشته اند. این دستاورد پیشگامانه، فرصت های جدیدی را برای انجام آزمایش ها در شرایط کم نور باز می کند و راه را برای کاربردهای جدید در زمینه های مختلف علمی و فناوری هموار می کند.
طیف‌سنجی دو شانه، یک تکنیک قدرتمند برای طیف‌سنجی دقیق در باندهای طیفی وسیع، عمدتاً برای جذب خطی مادون قرمز مولکول‌های کوچک در فاز گاز استفاده می‌شود. این بر اساس اندازه گیری تداخل وابسته به زمان بین دو شانه فرکانس با نرخ های تکرار کمی متفاوت است. شانه فرکانس طیفی از خطوط لیزری منسجم فازی با فاصله مساوی است که به عنوان یک خط کش برای اندازه گیری فرکانس نور با دقت بسیار زیاد عمل می کند. تکنیک دو شانه از محدودیت های هندسی مرتبط با طیف سنج های سنتی رنج نمی برد و پتانسیل بالایی برای دقت و دقت بالا ارائه می دهد.
طیف سنجی دو شانه در حال حاضر برای شدت نور کم در دسترس است
با این حال، طیف‌سنجی دو شانه معمولاً به پرتوهای لیزر شدید نیاز دارد، که آن را برای سناریوهایی که سطوح نور کم حیاتی هستند، کمتر مناسب می‌کند. تیم MPQ اکنون به طور تجربی نشان داده است که طیف‌سنجی دو شانه می‌تواند به طور موثر در شرایط کم نور، در سطوح توانی بیش از یک میلیون برابر ضعیف‌تر از حد معمول استفاده شود. این پیشرفت با استفاده از دو تنظیم آزمایشی مختلف با انواع مختلف مولدهای فرکانس به دست آمد. این تیم یک تداخل سنج در سطح فوتون ساختند که آمار شمارش فوتون را به دقت ثبت می کند و نسبت سیگنال به نویز را در حد اساسی نشان می دهد. این دستاورد استفاده بهینه از نور موجود را برای آزمایش‌ها برجسته می‌کند و چشم‌انداز طیف‌سنجی دو شانه را در سناریوهای چالش برانگیز که در آن سطوح کم نور ضروری هستند، باز می‌کند.
محققان MPQ به چالش‌های تولید شانه‌های فرکانس UV و ساخت تداخل‌سنج‌های دو شانه با زمان انسجام طولانی پرداختند و راه را برای پیشرفت به سمت این هدف مورد نظر هموار کردند. آنها به خوبی انسجام متقابل دو لیزر شانه را با یک فمتووات در هر خط شانه کنترل کردند و تجمع بهینه آمار شمارش سیگنال تداخل آنها را برای زمان های بیش از یک ساعت نشان دادند. Bingxin Xu، محقق فوق دکترا که بر آزمایش‌ها نظارت داشت، اظهار داشت: «رویکرد نوآورانه ما برای تداخل سنجی در نور کم، بر چالش‌های ناشی از راندمان پایین تبدیل فرکانس غیرخطی غلبه می‌کند و پایه محکمی برای گسترش طیف‌سنجی دو شانه به طول موج‌های کوتاه‌تر ایجاد می‌کند.
در واقع، یک کاربرد هیجان‌انگیز در آینده، توسعه طیف‌سنجی دو شانه در طول موج‌های کوتاه برای فعال کردن طیف‌سنجی مولکولی خلاء دقیق و فرابنفش شدید در محدوده‌های طیفی وسیع است. طیف‌سنجی فرابنفش باند پهن در حال حاضر وضوح و دقت محدودی دارد و بر ابزار دقیق منحصربه‌فرد در امکانات تخصصی متکی است. طیف‌سنجی UV دو شانه، اگرچه یک هدف چالش برانگیز است، اما اکنون در نتیجه تحقیقات ما واقعی شده است. ناتالی پیکه نتیجه‌گیری می‌کند که مهمتر از همه، نتایج ما قابلیت‌های کامل طیف‌سنجی دو شانه را به شرایط کم نور گسترش می‌دهد و کاربردهای جدیدی را در طیف‌سنجی دقیق، پایش زیست‌پزشکی و صداگذاری محیطی اتمسفر باز می‌کند.
